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沥青老化过程研究
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沥青老化过程研究
2022年06月15日    阅读量:17695    新闻来源:沥青网 sinoasphalt.com  |  投稿

摘要:采用旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)对90#基质沥青进行模拟老化,得到针入度(25℃,0.1mm)分别为50、30、10的不同老化程度的沥青。通过对组分、化学组成、微观结构、宏观性能的测试分析,得到沥青老化过程中各相关要素的变化情况及关联关系,从而明确沥青老化过程。


关键词:沥青;老化过程;沥青组分


随着公路事业的发展,大量沥青路面面临翻修,如何利用沥青再生技术实现有效再利用回收沥 青渐渐受到重视沥青网sinoasphalt.com。但目前对沥青再生(包括沥青老化及再生过程)的机理研究尚不充分,故本文对沥青老化过程进行研究和明确,从而为再生机理和技术的研究奠定基础。


1 研究方法

为减少老化周期,本文采用模拟老化法替代自然老化法,利用旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)对产自盘锦(PJ)的基质沥青(基本性能见表1)分别模拟老化到不同程度(针入度为50、30、10),并采用相关分析方法对组分、化学组成、微观结构、宏观性能的变化进行分析,以研究老化过程。

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2 研究过程

2.1沥青老化时间与老化程度的关系

首先测定了沥青针人度与老化时间的对应关系并进行拟合,结果如下。

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(1)式中:P-针入度(0.1 mm);t-旋转薄膜烘箱老化时间(min)。


由此可知:老化过程刚开始时,针入度下降得较快,随后下降速度逐步放缓;针入度(0.1 mm)达到50,30和10对应的老化时间分别为80 min, 170 min和600 min,由此可以在试验中获得不同老化程度的沥青。


2.2组分分析

沥青组分分离提取结果见表3(数字表示针入度, PJ50的组分变化不显著、未测试组分情况),可以看出,老化后沥青质明显增加、胶质少量增加、饱和分少量降低、芳香分明显降低,可知在这个过程中发生了芳香分向胶质转化、并随后继续转化为沥青质的过程。

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2.3化学组成分析

沥青红外光谱分析结果见图2。图中波数主要包含 11 种吸收峰:721 cm-1 、745 cm-1、812 cm-1 、869 cm-1、1032 cm-1 、1376 cm-1 、1456 cm-1、1602 cm-1 、698 cm-1 、2851 cm-1和 2921 cm_10


参考标准图谱进行的吸收峰识别结果见表4, 1698 cm-1处吸收峰在新沥青、PJ50中不甚明显,在PJ30.PJ10中则明显加强;1032 cm-1处吸收峰也出现类似情况,透射率随着老化而明显降低。

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经对比,可以发现1032 cm-1处的亚很基(S = 0)以及1 698 cm-1处的冢基(C=O)有较为明显的变化,对其吸收峰数据重新绘成图3可以发现,随着老化加深,亚砜基、羰基的吸收峰透射率降低,说明有亚砜基、羰基生成。

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根据光谱图中与对应峰区总面积的比例,目前研究提出了亚砜基、羰基指数的量化指标,计算公 式及结果如下所示。

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由表5及图4对比可得如下结论。

(1)老化过程中,亚砜基、羟基的含量均上升,前者在老化初期变化不明显、随后明显上升,后者变化则十分明显。

(2)老化过程中沥青质、胶质增加,饱和分、芳香分减少。可知芳香分发生氧化反应生成了羰基、向沥青质和胶质转化。


2.4微观结构分析

采用原子力显微镜(AFM)分析沥青薄膜试样,对老化前后的沥青进行表面相位图扫描,结果见图 5、图6,不同颜色代表不同物质,深色对应黏度较大物质,则发现老化过程中深色部分明显增加(对应以沥青质为核心、外裹胶质的胶团结构)。

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利用IPP软件分析深色区域的变化趋势(表6)可发现,随着沥青老化,胶团区域数量减少、单个面积增加、面积占比增加,其变化趋势与羰基指数接近,表明羰基的增加与胶团的增加有关。


AFM分析也与组分分析结果一致,都显示老化时沥青质和胶质明显增加,说明AFM相位图可以较好地反映老化过程。此外,针入度为10的老化沥青,其扫描结果相比其它差异明显,也印证了规范对沥青混合料再生的规定、即回收混合料的针入度不应小于20。

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2.5 宏观性能分析

三种老化沥青的指标见表7,可看出:

(1)三大指标对应性能在老化初期变化显著,后变化速率逐渐放缓。

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(2)老化后芳香分氧化向沥青质和胶质转化、沥青质和胶质增加,羰基和亚砜基增加、轻质组分减少,导致针入度降低、软化点提高、延度下降。


3 研究结论

经对沥青老化过程中各要素变化的研究,可总结如下。

(1)老化的本质在于四组分比例的改变,即沥青质和胶质增加、芳香分和饱和分减少。

(2)芳香分发生氧化形成羰基(C =0)并向沥青质和胶质转化是组分变化的原因。

(3)沥青质和胶质形成的胶团在沥青表面相位 图中对应深色区域,由于沥青质和胶质增加,胶团聚集、面积增大,说明四组分的变化改变了胶体结构。

(4)沥青老化后宏观性能发生改变,针入度降低、软化点提高、延度降低。


标签:综合论文技术中心沥青混凝土
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